脉搏 波压力及波形 特征变 化是评价人体 心血管 系统生 理病 理状态 的重 要依据 . 无 论是 中医 切脉 或是西 医 心血 管疾病检 查 , 都 试 图从 脉搏 波 的压力 与波 形变 化 中提 取各 种生理病 理信息 .
这是 因为 , 当脉搏 波 由心脏开 始 向动 脉 系 统传播 时 , 不 仅 要 受 到 心 脏本 身 的影 响 , 同时 也会受到 流经各级 动脉及 分支 中各 种生理 因素 如血管 阻力 、 血管壁 弹性 和血液薪 性等 的影 响 , 使动脉 波 中包含有极 丰富 的心血 管系 统生理 病理信 息 . 19 82 年 O ` R o u kr e 在 他的 专著川 中用 大量 的临床实测 结果 , 详细 地论 述 了脉搏 波 的波 形 特 征 与 心 血管 疾 病 的 关系 , 指 出由于不 同心血管疾 病 时其 血管 阻力 、 血管 壁 弹性 和血 液粘性 的不 同 , 因而从外 周 动脉反 射 回心脏 的反射波强度将会有很 大差 异 . 这 个反 射波与原来的脉搏波相迭加后即 表 现出脉 搏波不 同 的波形特征 .
为 了研究脉 搏波 的波形 特征 与生 理 因 素的 关系 , 目前 国 内外许 多研 究者大都 是 以 临床 实测 或模 型计算脉 搏 波图为根 据 , 然后 分 别在 时域或 频域 中对脉搏 波 图提取特征信息 f Z一 4 ] . 时域 中提取 信息 的特 点是通过 提取脉搏 图 曲线 中一些 有 明确 生理 意 义 的 点 ( 如 主 波 、 重 搏 前波 和 重搏 波 高度 等 ) 来 作 为 评 价脉 搏 波 的 特征 点 , 将 特 征 点 和 对应 的生 理 因 素结 合 起 来 , 就 可能得 到 许多有 临床医 学 价值 的 结果 . 这 个 方 法 的优 点是 直 观 、 临 床医 生 容 易 接 受 , 但 实 际应 用上 会遇到 一些难 以 解决 的 困难 . 如有些 特征 点很难 准确得 出 , 要凭 经验估计 , 随机误 差很大 . 此 外 , 由于 此方 法是建 立在脉 搏波 曲线某 些点 的特征 上 , 没有把 曲线 所 包含的全 部信息 利用 起来 . 频 域 中提 取信息的特 点是 通过离 散快 速付里 叶变 换 , 将时域 的脉搏 波 曲线变换 到频 域 , 从 脉 搏波频 谱 中提取 与人 体 生理病理 相应 的信息 , 它的优 点是 特征信息 以 脉 搏波所 具 有的全 部频 率分量 的集 合形式 表示 , 因而 保 留了脉搏 波 中的全部信 息 . 但 由于计算 复杂 , 结果抽 象 , 难 以被 广大 医 务工作者所 接受 .
此外 , 无论 是 临床实测 或模 型计算 所得 的脉 搏 波图 , 都 会受 到传感 器精 度或模 型参数假设 条件 的限 制 , 不 可能得 到真 实脉搏 波 曲线 的全部细微 变化 , 使 曲线 中某些 特征 点或频 率分 量丢失 , 从 而影 响 了在 临床中的应 用 . 为 了在 临床上能 简单而 有效 地提取 出不 同生理 病理状 态下 脉搏波 的特征信息 , 本 文 提 出一 个 以 脉搏 波波 图面积变化为 脉搏波 波形 特征 量 K 值新 的提 取 方法 . 通 过模型 的 理 论 分 析 、 动 物 实验 以 及数千例 不 同年龄健康人 和心血管 疾病 患者 的临床检测 , 证 实 由心血管 生理 和病 理 上 的变 化将会引起 脉搏 波 波 图特 征 和 面 积 的相 应 变 化 , 它可 反 映在 特 征 量 K 值 的变化 上 , 不 仅很 有规律 , 而且 相 当敏感 , 因而在 临床上有 重要 的应用 价值 , 是心 血管 临床检 查 的一 个重要 生 理指标 .
脉搏波波 形特征 量 K 值的提 取与模 型分 析 本文 提 出 的以 脉搏 波波 图面 积变化 为基 础的脉 搏波 波形特 征量 K 值 , 其 定义 为
为平 均动脉 压 , 它等于 一个 心动周 期 中脉膊 压力 尸 (O 的平均值 , 只 , 尸 d 分别 为 收缩压 和 舒 张压 ( 如 图 1 所 示 ) . 由此 可见 , K 值 的大 小仅仅决 定于 脉 搏 波的脉 图面 积 , 它 和 收 缩 压 ( 尸 : ) 与 舒 张压 ( 尸 d ) 的绝 对值 无关 , 是 一 个 无 量 纲 值 . 它相 当于 脉 搏 波压力 脉动 分量 的平 均 值 ( 尸 二 一 凡 ) 在 脉动 分量 最大 值 ( 尸一 尸 d ) 中所 占的百分 比 . 不 同生理 病 理状态 下脉 图波形和 面积都 会有 很大变化 , 这个 变化 可用 K 值来表 示 . 国 内外 已 有一些 学者 对 K 值进行 过研究 , 他们从 动物 实验和 临床
实测 的数 据 中对 K 值 进行 统计分 析 1 5 一 ’ l , 但都没 有 阐明 K 值 和脉 搏 波 波 形 特征 的 关 系 以 及所 代表 的生理 病理意 义 . 本文首先 根据 心血管 双弹性腔 模型对不 同生理 病理 因素下人 体 脉搏 波波形 特征 的变 化规律及 其相应的 K 值变化 范 围进 行 分 析计算 . 模 型 中第一 个弹 性 腔表征 主动 脉 弓及 其主 要分支 的集总顺 应性 ( C : ) ; 第二 个弹性 腔表征 腹 主动 脉 及 其 主 要 分 支 的集总顺 应性 ( C Z ) ; 联 接两腔 体间 的血柱 ( L ) 表 征血液惯性 . 心室 收缩 时血液 由心室 进人第 一个 弹性腔 ( C : ) 与血柱 ( L ) , 而后 进人第 二个 弹性腔 ( c Z ) , 最后 流经集 中的外 周 阻力 ( R ) 而 进人 静脉 腔 ( 如 图 2 所示 ) .
根 据质量 守恒 定律 , 双弹性 腔模型 的数学 表达式 为
其特 征方程 的解 由直 流分量 , 非 振荡 衰减分 量 和振荡 衰减分量 3 个 分量 组成 . 它 能 较 好地描绘 出脉搏 波 的主要 特征点 如 主 波 、 重 搏 前波和重 搏波等 波形 特征 , 它 比单弹性 腔模 型更能真 实地复 制 出人体脉 搏波 的变 化 . 但 在 Q i 。 笋 O的实 际生理条 件下求 其 解 析 解 是 相 当困难 的 . 本文通 过 将上述 方程 组转 化为离 散 方程 , 用 求解 高 阶常微 分 方 程 的龙 格 一 库 塔 ( R u n ge 一 uK t at ) 法 , 编制 出计算 机程 序 , 将代表 不 同生理意 义 的模 型 参数 C 、 , c : , R , L 和 Q i 。 输人模 型 中模拟计 算出 4 种典型的脉搏波波形及其相应的 K 值 , 如图 3和图 4 所示 . 由计 算结果 可知 , 随血 管外周 阻力 和血管 壁硬 化程度等 生理 因素 的变 化 , 人体脉搏 波波形 特征 将出现 一系 列规律性 的变 化 , 从 而 K 值也 出现 与其相 对应的 变化 . 当外 周 阻 力 R 较低 , 血 管壁 弹性 较好 ( 顺应 性 C , + C : 较 大 ) 时 , 波形 的特 征是 主波 窄 而 高 , 重 搏 前 波不 明显 , 重搏波 峰和 波谷很 明显 . 这 时 的 K 值约在 0 . 35 左 右 . 随着 外 周 阻 力和 血 管壁 硬化程 度增 加 , 波形 的动态变化首先反 映在重 搏前 波 由不 明显变为 明显 , 它相 对主波 的位 置 也逐渐 升 高 , 并 自前 向后 与主 波接近并 呈不 同程度 的融合 , 甚至超 过主 波 . 同时 , 重搏波峰 与波谷 相对 主波 的位置亦 逐渐 抬高 , 且 混 为一体不 易区分 , 使整个脉 搏 波波形 呈馒头 型 . 这时 的 K 值 也将相 应地逐 渐增加 到 .0 5 左 右 . 计 算表 明 , 外 周 阻 力 ( R ) 和 血 管 顺应 性 ( C : + C : )对 K 值变 化呈非线 性变化趋势 . 由此 可见 , K 值 的大小 与变 化 虽 然 不 能 完 全 描述 出脉搏 波每 个局 部细微特 征 的变化 , 但 它的确 能从宏观 上描述 出脉搏波波形 变化的 平 均特征 . 并 使外周 阻力 和血管 壁硬化程 度等 生理 因素用 K 值 进 行 量 化 . 这 有 着 重 要 的 医学 应用 价值 .
结论
1 . 由脉搏波 波 图面积 提取 的特征量 K 值 , 虽 然不 能完全 反映 出脉 搏 波 曲 线 每 个 局 部 细微 变化所 代表 的生 理意义 , 但 它的确能 代表人 体心血 管系 统 中最 为重要 的一 些生 理参数 如血 管外周 阻力 、 血 管壁弹 性和血 液粘 性 等 的变 化 . 由于 特 征 信 息 减少 到 只有 一 个 特 征 量 , 简单 易记 , 生理意 义 明确 , 且 变化很有 规律 , 临床 医 生易 于 接 受 , 因而可 作为 心血管 临床检 查 的一个 重要生 理指标 .
2 . 特征 量 K 值检 测方便 , 普通 的脉 搏波传感器 即可检测 到 . 由于 要 检 测 的 只是 脉 图 面积 , 因而 对传感 器 的精 度要 求不是 太高 , 检测结 果 的重复性 和稳 定性容 易满 足 . 这就为 临床上 心 血 管血流参 数 的无损 伤检测提 供一 个简单 易行 的方法 . 目 前 , 应用 该原 理设计 的 血流参 数无损 伤检 测仪器 在临床 上 已 获得较 好的应 用 .